1. Jembatan yang terbuat dari zat cair? Bukan
sulap bukan sihir, sebab itu bisa dibuat dengan ilmu fisika. Sebuah tim
peneliti dari Austria mendemonstrasikan bahwa kini kita dapat membangun
jembatan yang tersusun dari zat cair. Dalam percobaan tersebut, tim ini
berhasil memperagakan sebuah jembatan yang tersusun dari air murni yang telah
didestilasi tiga kali. Mereka juga menghubungkan celah sepanjang 2,5 centimeter
hingga selama 45 menit, seakan melawan pengaruh gaya gravitasi. Sepintas hal
ini terdengar seperti sihir, walaupun jelas hanyalah rekayasa fisika. Lantas,
apa rahasianya?
Tegangan tinggi
Salah satu kunci dalam percobaan tersebut
adalah pemakaian tegangan listrik yang tinggi. Tim tersebut menempatkan air
murni yang akan dijadikan jembatan itu di dalam dua buah gelas kaca, kemudian
sepasang elektroda diletakkan di dalamnya. Kedua gelas kaca diletakkan
berdekatan namun tidak berhimpitan. Dalam waktu hanya seperseribu detik setelah
perbedaan tegangan sebesar 25 ribu volt diterapkan melalui sepasang elektroda
tersebut, air di dalam salah satu gelas kaca merambat cepat ke tepian dan
secepat kilat melompat melewati celah di antara kedua gelas kaca.
Apa yang menyebabkan tegangan tinggi
tersebut mampu melontarkan air melompati celah dan lalu menjaga “jembatan cair”
tidak runtuh dipengaruhi gravitasi? Saat ini belum ada yang mengetahuinya
dengan pasti. Walaupun begitu, beberapa kesimpulan awal sudah bisa ditarik dari
percobaan itu.
Secara kimiawi sebuah molekul air
dilambangkan dengan kode H2O. Ini karena memang molekul air terdiri dari dua
atom hidrogen (H) yang bermuatan positif dan sebuah atom oksigen (O) bermuatan
negatif. Saat genangan air murni dipengaruhi oleh medan listrik, seperti saat
tegangan tinggi diterapkan pada percobaan di atas, maka molekul-molekul air
akan berjejer rapih dan saling bergandengan: atom-atom hidrogen tertarik ke
elektroda bermuatan negatif sementara atom oksigen menjurus ke elektrode
positif. Selama ini hal ini sudah diketahui berlaku pada tingkat molekuler,
akan tetapi belum pernah diperagakan sebelumnya pada tingkat makroskopik
seperti pada percobaan jembatan cair di atas.
Untuk menguji hipotesa ini, tim peneliti
yang sama kemudian menggunakan sebatang kaca yang telah lebih dulu diberi
muatan listrik. Ternyata memang medan listrik dari batang kaca mampu membuat
bentuk jembatan cair itu berubah dari lurus menjadi melengkung mendekati batang
kaca.
Air Mengalir Dalam Air
Di antara pengukuran lain yang dilakukan,
tim tersebut juga mengukur variasi kepadatan cairan di sepanjang “jembatan dari
air” yang terbentuk.
Mereka menggunakan metode optik yang umum
disebut ‘visualisasi Schlieren’ . Dalam metode ini, berkas-berkas cahaya
dilewatkan tegak lurus terhadap “jembatan dari air” dan kemudian melewati
tepian sebuah silet tajam sebelum mencapai detektor cahaya. Jika kepadatan
cairan di sepanjang jembatan itu seragam nilainya, maka semua berkas cahaya
akan melewati tepian silet dan tertangkap oleh detektor. Akan tetapi, jika ada
variasi kepadatan cairan pada jembatan itu, variasi itu akan membelokkan dan
mengganggu jalan sebagian berkas cahaya yang lewat, sehingga total berkas yang
tertangkap detektor menjadi berkurang.
Dengan metode tersebut, tim dari Austria
itu menemukan bahwa kepadatan cairan pada jembatan memang tidak seragam, di
mana sisi bagian dalam dari jembatan lebih padat daripada sisi luarnya. Selain
itu, variasi kepadatan cairan tersebut tidaklah statis, melainkan mengalir dari
gelas kaca yang satu ke yang lainnya. Sekedar sebagai analogi, anda bisa
membayangkan sebuah kabel ko-axial (walaupun analogi ini tidaklah sangat akurat
karena kedua fenomena ini berasal dari hukum fisika yang berbeda) di mana kabel
di lingkaran dalam mengalirkan arus listrik sedangkan kabel di lingkaran luar
hanyalah membantu menyalurkan aliran itu. Begitu juga, dalam “jembatan cair”
ini, molekul air yang mengalir adalah molekul-molekul di sisi dalam, sedangkan
molekul-molekul di sisi luar hanyalah diam dan membantu aliran molekul-molekul
di sisi dalam jembatan.
Untuk Apa Selanjutnya?
Tim dari Austria itu ingin mempelajari
dengan lebih detil bagaimana sesungguhnya struktur molekul-molekul yang
membentuk “embatan cair itu. Untuk itu mereka merencanakan percobaan lanjutan
yang akan menggunakan sinar-X.
Selain untuk menjawab keingintahuan secara
ilmu fundamental, percobaan ini juga punya potensi aplikasi yang besar. Salah
satunya berkaitan dengan bidang mikrofluida , di mana cairan-cairan dengan
volume sangat kecil dikendalikan dengan presisi dan diteliti dengan akurat,
baik untuk pendeteksian biologis, medis, maupun lingkungan.
Saat ini masih banyak kendala yang perlu
dipecahkan sebelum sebuah aplikasi nyata bisa diperoleh. Salah satunya adalah
bahwa jembatan cair ini tidak bisa bertahan jika air murni yang telah
didestilasi tiga kali tersebut dikotori oleh debu dan partikel. Akibat
muatan-muatan tambahan yang dibawa oleh debu dan partikel itu, maka jembatan
cair itu akan dilewati arus listrik yang semakin tinggi.
Suhu pada jembatan itu ikut meningkat, dan
jembatan akan runtuh karena gerakan acak molekul-molekul air mengalahkan efek
medan listrik yang telah menjajarkannya dengan rapi. Walaupun begitu, bukan
tidak mungkin percobaan-percobaan berikutnya akan memunculkan kejutan dan
gagasan baru yang akan memecahkan kendala di atas.
Bentuk padat tiap zat pasti lebih padat
dari bentuk cairnya namun hal ini tak
berlaku bagi air. Saat air membeku,
volumenya meningkat. Perilaku aneh ini membuat bongkahan es
bisa mengambang. Serupa benda solid lain, perbedaan yang ada adalah struktur
heksagonal kristal es yang menyisakan banyak ruang kosong yang membuat es tak
padat.
Tak Ada Duanya
Dalam sejarah salju, tiap struktur cantik
ini sangat unik. Alasannya, kepingan salju berawal dari prisma heksagonal
sederhana. Kepingan salju turun dipengaruhi suhu, tingkat kelembaban dan
tekanan udara yang membuatnya tak pernah ada yang kembar. Menariknya, kepingan
salju selalu tumbuh dengan sinkronisasi sempurna.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar